机械设备行业问答专题二|新能源的新风口：IGBT、4680、换电以及复合集流体拉动的投资机遇

1证券研究报告作者：行业评级：上次评级：行业报告| 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明机械设备强于大市强于大市维持2021年11月28日（评级）分析师李鲁靖SAC执业证书编号：S1110519050003联系人朱晔问答专题二| 新能源的新风口：IGBT、4680、换电以及复合集流体拉动的投资机遇行业专题研究 摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明问题1：如何看待功率半导体IGBT的市场空间？IGBT全球市场空间大，国产替代潜力高。2020年，IGBT最大的细分市场是工业应用和家用电器。紧随其后的是EV/HEV，据Yole预计，该市场在2020年的市场规模为5.09亿美元，并将在2020年至2026年间以23%复合年增长率增长。因为受到政府二氧化碳减排目标的强烈推动，汽车市场正在从ICE转向EV/HEV。而这一转变正在进一步加速。受到EV/HEV的推动，Yole预计，2026年全球IGBT市场规模将达到84亿美元。受益标的：时代电气、斯达半导等。问题2：如何理解换电的经济性以及市场容量？换电站的市场需求较大，未来增长潜力较大。根据换电站新增总数我们可以测算出在2022-2025年悲观场景下的市场需求为31.38-145.44亿元，中性场景下为39.24-166.23亿元，乐观场景下为47.08-249.32亿元，对应的悲观场景下增长率分别为76.38%、65.70%、58.58%，中性场景下为69.28%、61.07%、55.36%，乐观场景下为88.10%、72.58%、63.13%。从经济性方面来看，消费者使用换电的1年、3年、5年成本降幅为14.76%、10.04%、5.43%；营运车辆换电的意愿我们认为不会低，其在换电模式下每日多2小时左右的营运时间，月利润提升15%以上；对于汽车企业，销售不带电池的汽车毛利率会上升0.77%，经营针对私家车的换电站利润率最高可达12.35%，经营针对营运车辆的换电站利润率最高达到7.56%；对于电池企业，换电将给企业带来5%的销售额提升。受益标的：瀚川智能、山东威达等。问题3：4680加工工艺变化几何？从全极耳电池制造工艺流程来看，前端极片制作和后端检测激活与传统电池并无实质变化，变化的关键是全极耳制作（尤其是焊接）、连接等电芯组装段，需要新增全极耳成型、全极耳与集流盘或壳体连接、检测及连续组装等工艺和设备，其中极耳揉平+焊接难度和体量明显大于传统圆柱/方形电池，焊点数量至少为传统的5x。受益标的：先导智能、联赢激光、斯莱克、杭可科技等。问题4：如何理解复合集流体及其经济性？复合集流体是一种动力电池的新技术，分为PET镀铝膜和PET镀铜膜。核心技术均是采用超薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)作为基材，以双面同步真空镀膜技术制成复合功能层，相比于传统的纯铝箔和纯铜箔，具有安全性高、节能、环保、成本低等优点。经济性方面，采用PET镀铜膜对传统6微米铜箔进行替代可以减少65.28%的原料成本，采用PET镀铝膜对传统6微米铝箔进行替代可以减少56.88%的原料成本。受益标的：东威科技、万顺新材等。风险提示：行业政策调整，下游投资不及预期，行业竞争加剧，原材料价格波动等。本文对IGBT市场空间测算、换电站市场空间测算、PET镀铝膜和PET镀铜膜经济性测算是基于一定前提假设，存在假设条件不成立、市场发展不及预期等因素导致测算结果偏差。 oPtOtNwOoRvNoMnPoNyRrNaQbP9PoMpPmOrQkPrQpOfQsQwP8OrQrQxNnQpMvPmQpO如何看待功率半导体IGBT的市场空间？13请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 41.1 功率半导体：成熟特色工艺代表IGBT性能强，发展潜力大➢芯片按照制程大致可以分为先进工艺和特色（成熟）工艺两大类。形成这两大类代工模式的主要原因是发展的动力不同。➢先进工艺的主要发展动力是手机、电脑等设备对高性能和低功耗无止境的追求，因此半导体技术只有不断的缩小器件特征尺寸来满足这些需求。然而，线宽的缩小需要高精度的装备、高强度和高难度的工艺研发。这“三高”让越来越多的综合型芯片公司开始停止追逐先进工艺，所以能够继续跟随摩尔定律往下走的芯片制造企业会越来越少。另外，数字芯片设计方法的进化也是先进工艺芯片代工模式持续发展的动力，包括IP的复用和软件工程的形态。➢特色工艺产品是利用半导体材料的物理特性制造出的各种半导体器件，这类工艺比拼的不是工艺线宽，而是各种器件的构造。特色工艺的半导体产品（高压电路、MEMS传感器、射频电路和器件）的研发是一项综合性的活动，涉及到工艺研发与产品研发的多个环节，设计制造一体（IDMIntegratedDeviceManufacturing）的模式，更有利于该类技术的深度研发和优势产品群的形成。➢IGBT是指绝缘栅双极型晶体管芯片，是目前大功率开关元器件中最为成熟，也是应用最为广泛的功率器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，是能源变换与传输的核心器件，被称为“电子电力装置的CPU”，发展潜力很大。资料来源：时代电气首次覆盖、天风证券研究所 51.2 功率半导体：全球市场空间大，国产替代潜力高➢如今传统的Si功率器件包括IGBT和MOSFET，仍旧是市场应用最大的部分。IGBT是众多电力电子应用的关键，而硅MOSFET是非常广泛的中低功率应用中的关键组件。➢2020年，IGBT最大的细分市场是工业应用和家用电器。紧随其后的是EV/HEV，据Yole预计，该市场在2020年的市场规模为5.09亿美元，并将在2020年至2026年间以23%复合年增长率增长。因为受到政府二氧化碳减排目标的强烈推动，汽车市场正在从ICE转向EV/HEV。而这一转变正在进一步加速。受到EV/HEV的推动，Yole预计，2026年全球IGBT市场规模将达到84亿美元。➢在IGBT领域，欧美日的企业长期占据主要地位。2020年IGBT制造商收入排名第一的是英飞凌科技，几乎是第二名的两倍，进入前十的国内企业仅一个，为排名第六的士兰微电子。这几年国内也不乏有优秀的IGBT企业在开发、生产和产能方面都在快速追赶。不过国内面临的竞争依然很大，在系统层面，因为国外的大厂正在瞄准最大的IGBT市场，制造商们都开始提供600V-1200V组件，并提供新的产品系列(从800到1000v)。包括三菱电机、东芝、Onsemi在内的电子制造商正在寻求与竞争对手的区别，他们提供具有“中间”标称电压等级的IGBT设备，如1300伏、1350伏、2000伏等。Yole预计，到2026年，超过80%的市场将专注于600V-1200V标称电压范围。资料来源：时代电气首次覆盖、天风证券研究所 61.3 功率半导体：车规级IGBT为重要应用方向时代电气斯达半导➢中车时代是国内领先的IDM功率半导体厂商，所研发的IGBT已成功用在高铁“复兴号”上。➢已完全掌握宽禁带半导体碳化硅技术。➢时代电气与东风公司合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块也实现了量产。➢专攻IGBT芯片的斯达半导体经过多年的自主研发，实现了IGBT芯片和模块的产业化，已经具备中低压IGBT芯片设计能力。➢根据2020年国际著名研究及咨询机构IHS最新研究报告，斯达半导体在全球IGBT模块市场排名第七，是唯一一家进入全球前十的中国企业。➢产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、SVG、白色家电等领域。➢公司与华虹半导体合作“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产”，双方携手打造的高功率车规级IGBT芯片已通过终端车企产品验证，广泛进入了动力电池等汽车应用市场。➢赛迪智库的《功率半导体技术与产业“十四五”发展建议书》中所述，随着下游应用需求的拓展，IGBT的应用领域也在不断延伸，包括工业领域、机车牵引、高压输变电、消费电子、新能源发电、新能源汽车、充电桩等。国家大力支持的“新基建”中，5G、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心均需要IGBT器件。➢我国一直是IGBT需求量最大的市场，占到全球近一半的份额。但国内制造的功率器件却占比很低，严重依赖进口。ASMC的数据显示，我国90%以上的IGBT产品需要进口。目前我国各大IGBT制造企业都意识到了IGBT的重要性，纷纷扩大产能，且下游客户也愿意给予国内半导体厂商更多的验证机会，这对于我国功率半导体企业来说，既是机遇也是挑战。表：国产车规级IGBT代表企业来源：中国电子报、天风证券研究所资料来源：中国电子报“上下游协同提升车规级IGBT竞争力”、天风证券研究所 功率半导体供需—IGBT市场空间171.4 功率半导体：产能分布公司产地产能中车时代电气株洲已有产能：2020年功率半导体器件产能为79.4万只/年新增产能：IGBT一期设计年产能12万片，IGBT二期设计年产能24万片深圳比亚迪/IGBT芯片晶圆的产能已经达到5万片/月，预计2021年底可达到10万片/月斯达半导/已有产能：2020年IGBT模块产能545万只/年新增产能：募集资金用于高压特色工艺功率芯片和SiC芯片研发及产业化项目，项目计划建设周期为3年，预计将形成年产36 万片功率半导体芯片以及新增年产400万片功率半导体模块的生产能力。杭州士兰微杭州8 吋芯片产能为5.275 万片/月厦门年底可以实现月产芯片3.5 万片标。预计2022 年四季度12 吋圆片月产能6 万片华润微电子/预计12吋中高端功率器件月产能三万片扬杰科技/功率IGBT模块封装等项目达产后可实现年产能100万只功率模块封装产能。超薄微功率半导体芯片封装项目达产后可实现封装月产能25亿只。立昂微/预计6 英寸年产72 万片中芯绍兴/8英寸晶圆月产能增至7万片台基股份/月产2万片6吋Bipolar晶圆万国半导体/12英寸2万片/月（产能爬坡），12英寸5万片/月（二期规划）积塔半导体上海8英寸0.18μm 0.5万片月产能、6英寸SiC 0.25万片月产能。预计2022年上半年形成8英寸0.11μm3.2万片月产能方正微电子/两条6英寸晶圆生产线，年产能达60万片捷捷微电/功率半导体芯片：2021年产能295万片/年，功率半导体器件：2021年产能41.48亿只/年深爱半导体/一条5英寸双极功率器件芯片、一条5英寸MOS器件芯片生产线和一条6英寸芯片生产线，三条晶圆线月产能11万片中环股份/8英寸产能65万片/月，12英寸产能10万片/月北京燕东微电子/8英寸50千片/月安世半导体海外德国8英寸35千片/月，英国6英寸24千片/月上海计划2022年12寸40万片/年资料来源：中国电子报“上下游协同提升车规级IGBT竞争力”、全景网、芯智讯、WIND、中国工信产业网、中国存储网、北京半导体协会微信公众号、化合物半导体市场公众号、安世半导体微官、各公司半年报/年报等报告、天风证券研究所表：国产IGBT产能统计➢虽然国产IGBT厂商扩产数量较多，但能够实现车规级批量出货的厂商目前仅有时代电气、比亚迪以及斯达半导三家，其中比亚迪大部分目前为自供。 8图：2011-2025全球光伏新增装机预测（GW）图：2011-2025中国光伏新增装机预测（GW）来源：CPIA、天风证券研究所来源：CPIA、天风证券研究所➢目前，全球光伏逆变器的出货量基本处于高速增长状态，逐年增长趋势明显。2020年全球光伏逆变器的新增及替换整体市场规模为135.7GW。2021年全球光伏逆变器的新增及替换整体市场规模将达到约187GW，2025年全球光伏逆变器新增及替换整体市场将有望达到401GW的市场规模。➢根据前瞻产业研究院数据，估计2019年全球光伏逆变器产品的价值为0.44元/W，假设全球光伏逆变器价格维持19年水平不变。预计全球光伏逆变器市场规模2021年达到82.28亿元，2025年达到176.44亿元。IGBT功率器件在逆变器的价值中占比10%-15%。取中值为12.5%。那么预计全球光伏领域IGBT市场规模2021